超高纯氮空分设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超高纯氮空分设备，可生产压力为5bara～11bara、纯度99.9999%的超高纯氮气，同时也可生产7%的超高纯液氮产品。空气过滤器与空气压缩机接通；空气压缩机与空冷塔接通；空冷塔与分子筛接通；分子筛与主换热器接通；主换热器与纯氮塔接通；纯氮塔底部与主换热器的接通；主换热器与冷凝蒸发器接通；冷凝蒸发器顶部与主换热器接通；主换热器与透平膨胀机接通；透平膨胀机与主换热器接通；主换热器与分子筛纯化系统接通；纯氮塔顶部与主换热器接通；纯氮塔中下部与主换热器接通；主换热器与冷凝蒸发器接通；冷凝蒸发器顶部与透平膨胀机接通；透平膨胀机与主换热器接通；主换热器与纯氮塔中下部接通。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种超高纯氮空分设备，可生产压力为5bara～11bara、纯度99.9999%的超高纯氮气，同时也可生产7%的超高纯液氮产品。空气过滤器与空气压缩机接通；空气压缩机与空冷塔接通；空冷塔与分子筛接通；分子筛与主换热器接通；主换热器与纯氮塔接通；纯氮塔底部与主换热器的接通；主换热器与冷凝蒸发器接通；冷凝蒸发器顶部与主换热器接通；主换热器与透平膨胀机接通；透平膨胀机与主换热器接通；主换热器与分子筛纯化系统接通；纯氮塔顶部与主换热器接通；纯氮塔中下部与主换热器接通；主换热器与冷凝蒸发器接通；冷凝蒸发器顶部与透平膨胀机接通；透平膨胀机与主换热器接通；主换热器与纯氮塔中下部接通。【专利说明】超高纯氮空分设备
本技术涉及一种超高纯氮空分设备。
技术介绍
步入21世纪以来，我国工业发展呈现前所未有的喜人局面，气体分离行业作为国 民经济的基础产业之一也得到了长足发展，当前气体分离行业正在向着高纯度、精细化、尖 端化等方向发展，随着科学技术的进步及国民生广水平的提1?，对1?纯度氣气、超1?纯度氣 气的需求越来越来越多，规格要求也越来越高。 制氮设备是专门制取氮气产品的深冷法空分设备，按国家标准分为工业氮 (99. 2%N2)、纯氮（99. 99%N2)、高纯氮（99. 999%N2)和超高纯氮（99. 9999%)四种类型。超高 纯氮主要用于电子工业，在集成电路、芯片（晶片）和相关元器件制备工艺中作为保护气、运 载气，是所有电子气中用量最大的一种，所以研究超高纯氮的生产具有十分重要的意义。随 着用户对氮气纯度、制氮设备能耗及自动化程度要求的提高，技术创新是超高纯氮设备制 造企业发展的必然趋势。目前普氮设备可以完全实现国产化，超高纯氮设备的市场则是由 国外公司垄断，这是国内空分厂家面临的一个新挑战。目前的超高纯氮设备为控制塔板数， 回流比均取得较大，液空纯度偏低，氮提取率较低，能耗较高。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合 理的超高纯氮空分设备，可生产压力为5bara?llbara、纯度为99. 9999%的超高纯氮气，同 时也可生产7%的超高纯液氮产品，并且流程简单，能耗低，提取率高。 本技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种超高纯氮空分设备，其特征 在于：包括空气过滤器、空气压缩机、补水泵、空冷塔、分子筛纯化系统、主换热器、纯氮塔、 冷凝蒸发器、透平膨胀机；纯氮塔的顶部设置有冷凝蒸发器； 空气过滤器的空气出口与空气压缩机的空气入口用管道接通；空气压缩机的空气 出口与空冷塔下部空气入口用管道接通；空冷塔顶部气体出口与分子筛纯化系统气体入口 用管道接通；分子筛纯化系统气体出口与主换热器热流体段入口用管道接通； 纯氮塔底部的富氧液空出口与主换热器的热流体段入口用管道接通；主换热器的 热流体段出口与冷凝蒸发器的冷凝侧入口用管道接通；冷凝蒸发器顶部的气体出口与主换 热器冷流体段入口用管道接通；主换热器冷流体段出口与透平膨胀机气体入口用管道接 通；透平膨胀机气体出口与主换热器冷流体段入口用管道接通；主换热器冷流体段出口与 分子筛纯化系统的气体入口用管道接通；纯氮塔顶部的压力氮出口与主换热器的冷流体段 入口用管道接通； 纯氮塔中下部的污氧液体出口与主换热器热流体段入口用管道接通；主换热器的 热流体段出口与冷凝蒸发器的蒸发侧入口用管道接通；冷凝蒸发器顶部的气体出口与透平 膨胀机增压端气体入口用管道接通；透平膨胀机增压端气体出口与主换热器热流体段入口 用管道接通；主换热器热流体段出口与纯氮塔中下部的原料入口用管道接通。 在连接主换热器热流体段出口与纯氮塔中下部原料气入口用的管道上设置有节 流阀。 本技术还包括补水泵，补水泵的出水口与空冷塔的冷却水入口用管道接通。 本技术所述的纯氮塔采用规整填料塔。 本技术与现有技术相比，具有以下优点和效果： 1、产品氮气出塔压力高，可以达到llbara，氮气产品纯度可达99. 9999%，含氧量 < lppb，含氦量< lppb，氮气产品出冷箱后直接供用户使用。 2、在维持冷量平衡所需的进膨胀机的废气外，从中下部抽取一股含氧量约为35% 的富氧液体汽化后进入透平膨胀机的增压段进行低温增压，增压后经主换热器冷却到接近 饱和温度再节流进入纯氮塔塔底参加精馏。这种循环再利用的流程，有效地利用了这股液 体的压力湖，塔的中下段回流比降低，进入主冷的废气比例减小，塔底液空氮浓度降低，氧 浓度升高，提取率升高，能耗降低。 3、采用塔底富氧液空和中抽富氧液体同时进入冷凝蒸发器冷凝氮气以及塔底富 氧液空、中抽富氧液体、压缩后的富氧气同时过冷的方法，使冷量转移至冷凝蒸发器，同时 降低入塔空气的含湿率，提高了氮气提取率，降低了产品能耗。 4、透平膨胀机增压段为冷入口压缩机，增压气体为从塔中下部抽取的富氧液体依 次经主换热器过冷、节流、冷凝蒸发器汽化后的气体，温度约-170°C，冷入口压缩机相比热 入口压缩机仅需要50%的功率，效率大大增加。 5、可以根据用户要求，在生产带压氮气的同时可生产7%的液氮产品。 6、纯氮塔采用规整填料塔，阻力小，氮提取率高，变负荷生产能力强。 7、不需要氮气压缩机，流程简洁，操作简单、运行稳定、所需控制的阀门少，较易实 现完全自动化控制。 【专利附图】【附图说明】 图1为本技术实施例的结构示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图并通过实施例对本技术作进一步的详细说明，以下实施例是对 本技术的解释而本技术并不局限于以下实施例。 参见图1，本技术提供一种单塔精馏中抽富氧液体及废气返流低温增压膨胀 制超高纯氮流程，涉及到利用废气返流低温增压膨胀及中抽富氧液体来制超高纯氮气的单 塔精馏装置。 本技术实施例包括空气过滤器1、空气压缩机2、补水泵3、空冷塔4、分子筛纯 化系统5、电加热器6、主换热器7、纯氮塔8、冷凝蒸发器9、透平膨胀机10、节流阀11。纯 氮塔8的顶部设置有冷凝蒸发器9。纯氮塔8采用规整填料塔。这些设备本身均为现有技 术。 空气过滤器1的空气出口与空气压缩机2的空气入口用管道接通。空气压缩机2 的空气出口与空冷塔4下部空气入口用管道接通。空冷塔4顶部气体出口与分子筛纯化系 统气体入口用管道接通。分子筛纯化系统气体出口与主换热器7热流体段入口用管道接 通。主换热器7热流体段出口与纯氮塔8中下部的原料气入口用管道接通，并且该管道中 设置有节流阀11。原料空气经空气过滤器1过滤后被空气压缩机2压缩至比氮气产品压力 高约0. IMpa后进入空冷塔4和分子筛纯化系统5,被除去水分及二氧化碳等杂质后(压力 1096Kpa. A、温度27°C、流量61250Nm3/h)进入主换热器7,在主换热器7中净化后的原料空 气与返流的产品氮气和废气进行换热而冷却到饱和温度（-162. 4°C )，进入纯氮塔8中下部 参与精馏。 纯氮塔8底部的富氧液空出口与主换热器7的热流体段入口用管道接通。主换热 器7的热流体段出口与冷凝蒸发器9的冷凝侧入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高纯氮空分设备，其特征在于：包括空气过滤器、空气压缩机、补水泵、空冷塔、分子筛纯化系统、主换热器、纯氮塔、冷凝蒸发器、透平膨胀机；纯氮塔的顶部设置有冷凝蒸发器；空气过滤器的空气出口与空气压缩机的空气入口用管道接通；空气压缩机的空气出口与空冷塔下部空气入口用管道接通；空冷塔顶部气体出口与分子筛纯化系统气体入口用管道接通；分子筛纯化系统气体出口与主换热器热流体段入口用管道接通；纯氮塔底部的富氧液空出口与主换热器的热流体段入口用管道接通；主换热器的热流体段出口与冷凝蒸发器的冷凝侧入口用管道接通；冷凝蒸发器顶部的气体出口与主换热器冷流体段入口用管道接通；主换热器冷流体段出口与透平膨胀机气体入口用管道接通；透平膨胀机气体出口与主换热器冷流体段入口用管道接通；主换热器冷流体段出口与分子筛纯化系统的气体入口用管道接通；纯氮塔顶部的压力氮出口与主换热器的冷流体段入口用管道接通；纯氮塔中下部的污氧液体出口与主换热器热流体段入口用管道接通；主换热器的热流体段出口与冷凝蒸发器的蒸发侧入口用管道接通；冷凝蒸发器顶部的气体出口与透平膨胀机增压端气体入口用管道接通；透平膨胀机增压端气体出口与主换热器热流体段入口用管道接通；主换热器热流体段出口与纯氮塔中下部的原料入口用管道接通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张行东，王丹，李万军，
申请(专利权)人：中国空分设备有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33